持続可能な木造建築における大きな進歩:研究者らが天然素材を使った3Dプリント木材を開発

持続可能な木造建築における大きな進歩:研究者らが天然素材を使った3Dプリント木材を開発
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-3-21 16:31 に最後に編集されました

2024 年 3 月 21 日、Antarctic Bear は、ライス大学の研究者が 3D プリントを使用して持続可能な木造構造物を製造する可能性を解き放ち、従来の製造方法よりも環境に優しい代替手段を提供していることを知りました。この研究が実を結べば、その影響は広範囲に及び、家具や建設などの業界に革命を起こす可能性がある。

△この研究は「木材3Dプリンティング」というタイトルでサイエンス・アドバンス誌に掲載されました(ポータル)
成形工程中の木材の廃棄は常に懸念事項であり、コストが増加するだけでなく、環境にも悪影響を及ぼします。この課題に対処するため、ライス大学の材料科学およびナノエンジニアリングの研究者らは、木材の基本成分であるリグニンとセルロースから作られた添加物を含まない水性インクを開発しました。このインクは、ダイレクトインクライティング(DIW)と呼ばれる3D印刷技術を通じて、建築的に複雑な木造構造物を作成するために使用できます。

△木造建築物の3Dプリントの工程図
ナノスケールの木材部品を使用した3Dプリントに関する研究結果

「木材の天然成分から直接木造構造物を作ることは、より環境に優しく革新的な未来への基礎を築くことになる」とライス大学の材料科学およびナノ工学研究助教授、ムハンマド・ラーマン氏は言う。「これは持続可能な3Dプリント木造構造物の新時代の到来を告げるものだ。」

△ライス大学の材料科学およびナノ工学の助教授であるムハンマド・ラーマン氏(中央)と彼のチームであるベンジャミン・M・アンド・メアリー・グリーンウッド・アンダーソン工学教授兼材料科学およびナノ工学委員長は、これまで試みられた方法とは異なり、この方法は3Dプリントにナノスケールの木材部品を特に使用しており、この分野における大きな進歩であると述べた。

この研究の筆頭共著者であるMSHタクル氏とチェン・シー氏は、大学の研究は、天然のリグニンとセルロースのバランスを維持しながら、リグニン、セルロースナノファイバー、ナノクリスタルの比率を調整することでインクの組成を最適化することに重点を置いていると述べた。

△プロジェクトの協力者でオークリッジ国立研究所の上級研究員であるアミット・ナスカー氏は、リグニンは地球上で最も豊富なバイオポリマーの一つであるにもかかわらず、産業上最も価値の低い製品であると指摘した。

研究チームによると、3Dプリントされた木材の表面と内部構造を評価し、天然の木材と比較するために、印刷後に包括的な分析が行われたという。結果は、質感、香り、強度の点で天然木と非常に似ていることを示しました。

△3Dプリント木材の機械的特性試験データ。これらの結果は、3Dプリント木材の機械的特性と構造特性を評価するのに役立ち、この技術の応用にとって重要な参考資料となります。さらに、圧縮強度と曲げ強度を評価するための機械試験を実施したところ、天然バルサ材よりも優れた性能が示されました。

要約すると、直接インク書き込みによるナノスケールの構成要素を備えた木材の 3D プリントの重要性は、木材のリサイクルの新しい方法を提供すると同時に、複雑な建築用木材構造を実現し、機械的に強く完全に機能するハイブリッド 3D プリント木材構造を開発する可能性を開くことです。この技術は、より持続可能で多用途な製品を生み出すための新たなソリューションを提供し、木材工学および建築の分野で重要な役割を果たすことが期待されています。



持続可能、木材、木造建築、家具、建築資材

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